CN101488656B - 基于共模电压的交流故障检测、确认和/或标识的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及基于共模电压的交流故障检测、确认和/或标识的方法。提供了用于交流故障(ACF)检测的方法。另外，还提供了用于交流故障(ACF)检测和确认的方法。另外，还提供了于标识引起交流故障(ACF)的模块的方法。在一种实施方式中，这些方法的其中一种或多种方法可进行组合，以提供一种快速、简单、低成本且可靠的ACF检测、确认和/或标识的方法。

Description

基于共模电压的交流故障检测、确认和/或标识的方法
技术领域
本发明大体涉及电动和混合型交通工具动力系统的保护，并且更具体地讲，涉及检测交流故障(ACF)、和/或确认ACF和/或标识ACF源。
背景技术
电动和混合型交通工具通常包括由直流(DC)电源，例如蓄电池驱动的交流(AC)电动机。交流电动机的电动机绕组可联接到逆变器模块上，其执行快速切换功能，以便将直流功率转换成驱动交流电动机的交流功率。
许多电动和混合型交通工具采用了隔离的高压直流总线，其将逆变器模块联接至直流电源上。其它模块，例如装置、构件或电路也可联接高压直流总线上。在某些情况下，这些模块的其中一个或多个模块可能运转不正常，并且可能引起沿着高压直流总线而发生的电交流故障(ACF)，该电交流故障会引起可能潜在地对联接到高压直流总线上的其它模块引起损伤的高压尖峰。
一种解决ACF的方法是采用接地故障中断器(GFI)(有时也称为残余电流装置(RCD)、残余电流断路器(RCCB)、接地故障断路器(GFCI))，其观察接地终端和供电终端处的相应电流，并且当这些终端之间的差动电流不平衡(即零(0))时，即断开联接于这些终端之间的电路，因为这意味着漏电。这种接地故障检测电路通常采用电流变压器来检测接地路径中的ACF电流。然而，基于变压器的接地故障检测器是昂贵且庞大的。
另一种解决ACF的方法是利用软件算法来执行接地故障检测。然而，这种软件算法具有长的检测时间。
因此，希望提供一种快速、简单、低成本且可靠的ACF检测和/或确认电路。还希望提供一种快速、简单、低成本且可靠的ACF标识电路，其可有助于诊断ACF源，从而当ACF发生时，可将ACF源关闭或从高压直流总线上断开。此外，从后续的详细说明及所附的权利要求中，结合附图和前面的技术领域及背景，本发明的其它合乎需要的特征和特性将显而易见。
发明内容
本发明的实施例涉及用于交流故障(ACF)检测的方法，用于交流故障(ACF)检测和确认的方法，以及用于标识引起交流故障(ACF)的模块的方法。在一个实施例中，这些方法的其中一种或多种方法可进行组合，以提供一种快速、简单、低成本且可靠的ACF检测、确认和/或标识。
一种用于检测由联接到混合型/电动传动系统的总线上的模块所引起的交流故障(ACF)的方法。当从总线接收高压直流输入信号时，从该高压直流输入信号中除去差模电压分量，以产生共模交流电压信号(VCM)。对共模交流电压信号(VCM)的大小进行测量，并确定所测得的共模交流电压信号(VCM)大小是否大于或等于故障检测阀值电压(VTH)。当所测得的共模交流电压信号(VCM)的大小大于或等于故障检测阀值电压(VTH)时，就产生交流故障(ACF)检测信号。例如，在一种实施方式中，共模交流电压信号(VCM)包括ACF事件期间的一个或多个ACF电压尖峰，并且确定所测得的共模交流电压信号(VCM)的大小是否大于或等于故障检测阀值电压(VTH)，并且当所测得的共模交流电压信号(VCM)的大小大于或等于故障检测阀值电压(VTH)时，产生交流故障(ACF)检测信号，该信号指示已经检测到ACF事件。
在其它实施例中，提供了一种用于确认由联接到混合型/电动传动系统总线上的模块所引起的交流故障(ACF)的方法。在接收到来自总线的高压直流输入信号时，通过从该高压直流输入信号中除去差模电压分量而产生在大约零伏处偏置(bias)的共模交流电压信号(VCM)。之后，测量共模交流电压信号(VCM)的大小，并确定所测得的大小是否大于或等于故障检测阀值电压(VTH)。当所测得的共模交流电压信号(VCM)的大小大于或等于故障检测阀值电压(VTH)时，就产生交流故障(ACF)检测信号。保持一种计数，其指示共模交流电压信号(VCM)的大小大于或等于故障检测阀值电压(VTH)的连续周期的次数，并且每当共模交流电压信号(VCM)中存在ACF电压尖峰时，在接收到ACF检测信号的同时，使该计数递增。当该计数大于或等于特定的阀值数时，就产生故障确认信号，以指示ACF的检测已经被确认。当期间检测到ACF电压尖峰的连续周期的数量大于或等于特定的阀值数时，该计数大于或等于特定的阀值数。这就指示了共模交流电压信号(VCM)包括连续的若干ACF脉冲。
在其它实施例中，提供了一种用于标识引起交流故障(ACF)的模块的方法。如上面提到的那样，各个模块具有与之相关联的基本工作频率(fCM)。共模交流电压信号的频率(f)经过确定，并产生指示共模交流电压信号中的基本工作频率(fCM)的频率(f)标识信号。基于该频率(f)标识信号中所指定的基本工作频率(fCM)，确定模块中的、作为ACF源的一个模块，并产生模块标识信号，该信号对这些模块中的作为ACF源的一个模块进行标识。例如，在一种实施方式中，为了确定这些模块中的作为ACF源的一个模块，可在查询表中执行查询，该查询表将各个模块与该模块的相应的工作频率关联起来。之后，基于故障确认信号和模块标识信号产生对正引起ACF的模块进行标识的故障指示信息。在一种实施方式中，故障指示信息包括输出故障代码，其具有相应的模块标识符(ID)，其标识了正引起ACF的模块。在某些实施方式中，然后可产生使引起ACF的模块停止运行的信号。在某些实施方式中，可产生另一信号，该信号产生对模块标识符(ID)的可视显示。在某些实施方式中，还可产生又一信号，该信号产生了对正在引起ACF的模块进行指示的可闻指示。
附图说明
后文中将结合以下附图来描述本发明，其中，相似的标号指示相似的元件，且
图1A显示了根据本发明的一种示例性实施方式的、在混合型/电动交通工具(HEV)中实现的动力分配系统架构的简化框图；
图1B显示了相对于底盘接地的、来自HV总线的高压(HV)直流输入信号；
图2A显示了根据本发明一种示例性实施方式的故障检测电路(FDC)的简化框图；
图2B是显示了相对于底盘接地的、+HV总线上测得的电压电平的图表；
图2C是显示了在正常工作期间和ACF事件发生时的共模交流电压信号(VCM)的图表；
图2D显示了根据本发明一种示例性实施方式的故障检测和确认电路(FDVC)的简化框图；
图2E显示了根据本发明一种示例性实施方式的故障检测、确认和标识电路(FDVIC)的简化框图；
图3A和3B显示了根据本发明一种示例性实施方式的用于检测、确认和/或标识交流故障(ACF)的方法；和
图4显示了根据本发明另一示例性实施方式的用于检测、确认和/或标识交流故障(ACF)的另一种方法。
具体实施方式
此处所用的词语“示例性”意味着“用作示例，例证或举例说明”。以下详细描述本质上仅仅是示例性的，而并不意图限制本发明或本发明的应用或用途。本申请描述为“示例性”任何实施例都不一定被理解为比其它实施例更为优选或有利。在本详细说明中所描述的所有实施例都是示例性的实施例，提供这些实施例以便使得本领域中的技术人员能够制造或使用本发明，而非限制由权利要求所限定的本发明的范围。此外，不意图通过前面的技术领域、背景、发明简述或以下详细描述中所提供的任何明确的或暗示的理论来限制本发明。
在详细描述根据本发明的实施例之前，应该注意，实施例主要在于与交流故障(ACF)检测、确认和/或标识相关联的方法步骤和装置构件的组合。应该懂得，这里所述的本发明的实施例可使用硬件、软件或其组合来实现。本申请所述的交流故障(ACF)检测、确认和/或标识电路可包括各种构件、模块、电路，以及可使用模拟和/或数字电路、离散或集成的模拟或数字电子电路或其组合来实现的其它逻辑电路。在某些实施方式中，当在这种电路中实现部分或所有ACF检测、确认和/或标识逻辑时，本申请所述的ACF检测、确认和/或标识电路可利用一个或多个专用集成电路(ASIC)、一个或多个微处理器，和/或一个或多个基于数字信号处理器(DSP)的电路来实现。应该懂得，此处所述的本发明的实施例可包括一个或多个传统处理器和独特的、存储的程序指令，这些指令控制一个或多个处理器，以便结合某些非处理器电路来实现用于交流故障(ACF)检测、确认和/或标识的某些、大多数或所有功能，如本申请所述。因此，这些功能可被理解为用于交流故障(ACF)检测、确认和/或标识的方法的步骤。或者，可以通过没有存储的程序指令的状态机(state machine)，或者可以在一个或多个专用集成电路(ASIC)中来实现某些或所有功能，其中各个功能或这些功能的某些功能的一些组合由定制逻辑来实现。当然，可使用这两种解决方法的组合。因而，这里已经描述了用于这些功能的方法和器件。此外，预期的是，本领域中的普通技术人员尽管由例如可用时间、当前技术和经济考虑推动而做出了可能极大的努力和许多设计选择，但在本申请所公开的构思和原理的引导下，经过最少的试验就将很容易地能够产生这种软件指令和程序和ICs。
概述
本发明的实施例涉及用于交流故障(ACF)检测的方法和装置，用于交流故障(ACF)检测和确认的方法和装置，以及用于标识引起交流故障(ACF)的模块的方法和装置。在一个实施例中，这些方法和装置中的其中一种或多种方法和装置可组合起来，以提供一种快速、简单、低成本且可靠的ACF检测、确认和/或标识电路。
所公开的方法和装置可在这样一种操作环境下实现，在这种操作环境下，ACF是由沿着混合型/电动交通工具(HEV)中的高压总线而实现的模块所引起或造成的。在现在将要描述的示例性的实施方式中，将故障检测、确认和/或标识方法及技术描述为应用于混合型/电动交通工具(HEV)。然而，本领域中的技术人员应该懂得，相同或相似的故障检测、确认和/或标识方法和技术可应用于其它易于遭受由于交流故障(ACF)事件而引起的损伤的交流系统环境中。在这点上，此处所公开的任何构思都可普遍地应用于“交通工具”，且本申请所用的用语“交通工具”宽泛地指代具有交流电动机或装置的无生命的运输机构，其可能引起对接地(底盘)电势的交流故障。这种交通工具的示例包括机动车，例如公交车、汽车、卡车、运动车、货车、不在陆地上行驶的交通工具，例如机械式水运工具，其包括水运工具船、气垫船，帆船、小船和船舶、包括潜水艇在内的机械式水下运载工具、机械式空中交通工具，包括飞机和太空飞行器、机械式轨道交通工具例如火车、有轨电车和电车等等。另外，用语“交通工具”并不局限于任何特定的推进技术例如汽油或柴油机燃料。而是交通工具还包括混合型交通工具、蓄电池电动交通工具、氢燃料交通工具以及利用各种其它替代燃料的交通工具。
示例性实施方式
图1A显示了根据本发明一种示例性实施方式的、在混合型/电动交通工具(HEV)中实现的动力分配系统架构10的简化框图；
该系统10包括直流电源20(例如一个或多个蓄电池)、逆变器模块30、具有两个直流总线终端(+HV，-HV)42，44的高压直流总线40、交流电动机50、若干个联接到高压直流总线40上的模块/装置/电路60-80，故障检测、确认和/或标识(FDVI)电路或模块100、处理器92、显示器94和扬声器96，其中该故障检测、确认和/或标识(FDVI)电路或模块100设计成用以检测和确认交流故障(ACF)并标识这些模块/装置/电路30，60-80中的作为ACF的源或起因的其中一个特定模块/装置/电路。
高压总线40是用于联接直流电源20、逆变器模块30和模块60-80的导线。高压总线40可由导电材料，例如铜或铝制成。在这些实施方式中，高压直流总线40与交通工具底盘或“地”是隔离的。
交流电动机50可以是将定子缠绕在确定的极中的“绕线型电动机”。
逆变器模块30利用另一总线而联接到交流电动机50上。逆变器模块30是一种将直流(DC)功率转换成交流(AC)功率的电路或其它装置，通常在电压上有所增加。此外，逆变器模块时常包括直流输入过滤器，其被称为电磁干扰(EMI)过滤器32，其包括连接在底盘(地)和高压直流总线40之间的昂贵的过滤电容器(称为“Y电容器”)。在这种实施方式中，两个直流总线终端+HV42，-HV44参考接地(例如，交通工具底盘)，并且两个Y-电容器(未显示)在两个终端+HV42，-HV44之间联接起来(联接于地)。直流高压总线40，42与底盘接地隔离，其直流电阻通常大于1.0兆欧。直流总线上的电压可处在+/-50V直流至+/-几百V直流的任何范围内。通常直流高压总线相对于底盘接地以1/2振幅确定基准。例如，100V直流总线的终端可以相对于底盘接地偏置于+50V和-50V处。这两个直流总线终端+HV42，-HV44联接到逆变器30上。这种电容器不仅昂贵，而且在其失效时也比较难以更换。ACF事件可能导致将超过正常工作电流的100倍的高交流电流应用到这两个Y-电容器上，在这种电流下，这两个Y-电容器将失效。
本申请所用的用语“模块”指一种用于执行任务的装置、电路、电气构件和/或基于构件的软件。模块/装置/电路30，60-80各具有可标识的与之相关联的基本运行切换频率(fCM)，其转换来自直流总线的功率。虽然出于讨论的目的仅仅显示了四个模块/装置/电路30，60-80，但是应该懂得，在其它实施方式中，可将更少或更多的模块/装置/电路60-80联接到高压总线40的终端(+HV42，-HV44)上。例如，模块/装置/电路60-80可以是转换器(例如，直流-直流转换器模块)、逆变器(例如，功率逆变器模块(PIM)如四分-PIM)或具有可标识的切换频率(fCM)的模块和/或其子模块、发动机冷却风扇模块等等。模块/装置/电路60-80中的各个模块/装置/电路具有与之相关联的基本工作频率(fCM)，并且可用作沿着高压直流总线40的ACF源或起因。本申请所用的用语“交流故障(ACF)”指不经意地变成部分或全部短接到接地(底盘)上的逆变器的转换(交流)输出。ACF通常通过一系列ACF事件或特定数量的连续的ACF型电压尖峰而观测或检测到。
图1B显示了来自总线的高压直流输入信号115。这种高压直流输入信号115包括相对于底盘接地的高压(HV)总线上的共模噪音。如图1B中所示，高压直流输入信号115具有两个分量，一个是相对于底盘接地的+HV总线42上的分量，另一个是相对于底盘接地的-HV总线44上的分量，并且共模电压相对于底盘接地具有相同的振幅和相位。当高压直流输入信号115的脉动部分的振幅变得足够高时(例如，当存在短路的交流故障(ACF)事件时)，构件例如Y-电容器可能受损。
如以下详细所述，FDVI模块100可检测ACF事件，并且/或者确认该ACF事件信号是真实的ACF，并且/或者标识模块中的一个模块，该模块是所检测的ACF或所确认的ACF的起因或来源。虽然图1A将FDVI模块100显示为一个在逆变器模块30和模块60-70外部实现的独立模块，但是在其它实施方式中，该FDVI模块100可在逆变器模块30中或作为其一部分，或者在模块60-70的其中一个或多个模块内或作为其一部分而实现。
图2A显示了根据本发明一种示例性实施方式的故障检测电路(FDC)102的简化框图。以下将参照一种实施方式来描述FDC 102，在这种实施方式中，FDC100应用于蓄电池或燃料电池操作的HEV中，其包括例如图1A中所示的混合型/电动传动系统10，然而，FDC 102还可在各种其它应用或实施方式中实现，以检测ACF。在该示例性实施方式中，FDC 102通过高压直流输入电路而联接到高压直流总线40上，该高压直流输入电路在直流总线终端42，44之间产生高压直流输入信号115。
FDC 102包括共模电压检测器电路120和电平/振幅/幅度检测器140。共模电压检测器/测量电路120设计成以便接收高压直流输入信号115，并通过从高压直流输入信号115中除去差模直流电压分量而产生成比例的共模交流电压信号(VCM)125。成比例的共模交流电压信号(VCM)125指示在高压直流总线40上所测得的成比例的共模交流电压值。例如，如图2C中所示，当高压直流输入信号115通过共模电压检测器电路120时，除去差模直流分量，并将所生成的成比例的共模交流电压信号(VCM)125在大约零伏(在这个示例中，在13.6伏和-13.6伏之间的范围123内)处偏置。
电平/振幅/幅度检测器140联接到共模电压检测器电路120上。电平/振幅/幅度检测器140设计成以便测量成比例的共模交流电压信号(VCM)125的电平，并将所测得的成比例的共模交流电压信号(VCM)125的幅度/振幅与故障检测阀值电压(VTH)进行比较。
图2B是显示了+HV总线42上相对于底盘接地的测得电压电平的图表。标号122显示了在HV直流总线40正常工作期间的电压波形，而标号124显示了在HV直流总线40上发生ACF事件时的电压波形。
图2C是显示了在除去差模电压时所测得的共模交流电压信号(VCM)125的电平的图表。在这个特定的示例中，在HV直流总线40正常工作期间，成比例的共模交流电压信号(VCM)127在大约0.0伏直流(即，正常脉动电压127为5伏峰-峰值(5Vpp)(在箭头126之间)处被直流偏离并且在0.0伏处偏置。相反，在存在ACF电压的示例性ACF事件128期间，共模交流电压信号(VCM)125大约为27.6伏峰-峰值(Vpp)(在箭头123之间)，并且中间值为0.0伏。
因而，当所测得的成比例的共模交流电压信号(VCM)125的幅度/振幅大于或等于故障检测阀值电压(VTH)时(例如，当成比例的共模交流电压信号(VCM)125的电平/振幅/幅度超过故障检测阀值电压(VTH)时)，检测器140的电平/振幅/幅度产生并输出信号145(例如，逻辑1)，其指示已经检测到ACF事件。相反，当电平/振幅/幅度检测器140确定了成比例的共模交流电压信号(VCM)125的幅度/振幅小于故障检测阀值电压(VTH)时，电平/振幅/幅度检测器140不产生输出，且不指示已经检测到ACF事件。
在某些实施方式中，需要提供故障确认，以帮助确保所察觉的ACF事件真正是由ACF引起的，而不是由于例如系统中的噪声或一些其它间歇性干扰而引起的错误指示。
图2D显示了根据本发明一种示例性实施方式的故障检测和确认电路(FDVC)104的简化框图。如上所述，以下将参照一种实施方式来描述FDVC104，在这种实施方式中，FDVC104应用于蓄电池或燃料电池操作的HEV中，其包括例如图1A中所示的混合型/电动传动系统10，然而，FDVC104还可在各种其它应用或实施方式中实现，以检测和确认ACF。如上所述，在这种示例性实施方式中，FDVC104通过高压直流输入电路而联接到高压直流总线40上，该高压直流输入电路在直流总线终端42，44之间产生高压直流输入信号115。
FDVC104包括共模电压检测器电路120、电平/振幅/幅度检测器140和故障确认单元150。参看图2A和2B，共模电压检测器电路120和电平/振幅/幅度检测器140如上所述来运行。
当所测得的成比例的共模交流电压信号(VCM)125的幅度/振幅大于或等于故障检测阀值电压(VTH)时(例如，当成比例的共模交流电压信号(VCM)125的电平/振幅/幅度越过故障检测阀值电压(VTH)时)，检测器140的电平/振幅/幅度产生并输出计数器使能信号145(例如，逻辑1)，其提供给故障确认单元150中实现的循环计数器152。相反，当电平/振幅/幅度检测器140确定成比例的共模交流电压信号(VCM)125的幅度/振幅小于故障检测阀值电压(VTH)时，电平/振幅/幅度检测器140不产生其提供给循环计数器152的输出(或保持输出信号(例如逻辑零))，在这种情况下，不使能循环计数器152。
只要当电平/振幅/幅度检测器140检测到ACF事件(例如信号145为高位)时，就由计数器使能信号145来使能循环计数器152。如果，并且仅当如果循环计数器152被使能，且在成比例的共模交流电压信号(VCM)125中存在ACF电压尖峰时，循环计数器152使该循环计数器152中的寄存器(未显示)递增，同时由计数器使能信号145使能循环计数器152。
在循环计数器152被使能的同时，该循环计数器152保持某计数，该计数指示所述成比例的共模交流电压信号(VCM)125的幅度/振幅大于或等于故障检测阀值电压(VTH)时的连续周期的次数。当循环计数器152所保持的计数大于或等于连续循环(例如，3个连续周期)的特定的或预定的阀值数或“计数”时，故障确认单元150产生故障确认信号155，以指示已经确认了ACF(即，确认ACF电压尖峰的数量足以表示真实的ACF状态)。当该计数大于或等于特定的数值时，这表示期间接收到ACF型脉冲或“ACF电压尖峰”的连续周期的数量大于某阀值数，并因此可以认为存在真实的交流故障(ACF)，因为这指示了成比例的共模交流电压信号(VCM)125包括连续的ACF型脉冲串或ACF电压尖峰串，而非间歇的或随机的ACF型脉冲或ACF电压尖峰。
只要在连续的周期期间没有接收到计数器使能信号145(如从成比例的共模交流电压信号(VCM)125中确定的使能信号)，循环计数器152就复位。当循环计数器152在达到连续循环的特定或预定次数或“计数”之前复位时，就可以认为ACF型脉冲是间歇的或错误的故障指示(例如，在不与真实的ACF相关、而是归因于噪声的单个ACF型脉冲出现的情况下)。在这种情况下，故障确认单元150不输出故障确认信号155。
在一些情况下，可以在系统中提供多个模块(例如如图1A中所示)，并且这些模块中的各模块都可作为ACF事件的起因或来源。在这种情况下，希望提供一种用于标识作为ACF来源或起因的特定模块的机制。在某些实施方式中，一旦已经检测和/或确认ACF，就可标识ACF源，从而控制系统可根据ACF的性质而采取合适的动作。在某些实施例中，该方法和装置可有助于诊断ACF源，从而可切断ACF源或使其从高压直流总线断开。
图2E显示了根据本发明一种示例性实施方式的故障检测、确认和标识电路(FDVIC)100的简化框图；以下将参照一种实施方式来描述FDVIC 100，在这种实施方式中，FDVIC 100应用于蓄电池或燃料电池操作的HEV中，该HEV包括例如图1A中所示的混合型/电动传动系统10，然而，FDVIC 100还可在各种其它应用或实施方式中实现，以检测和/或确认ACF，并且/或者标识作为这种ACF的源的模块、装置或电路。在示例性实施方式中，FDVIC 100通过高压直流输入电路而联接在高压直流总线40上，该高压直流输入电路在直流总线终端42，44之间产生高压直流输入信号115。
FDVIC 100包括共模电压检测器电路120、电平/振幅/幅度检测器140、故障确认单元150、周期/频率检测器160、模块标识单元170和故障指示单元180。上面已经描述了共模电压检测器电路120和电平/振幅/幅度检测器140。
当所测得的共模交流电压信号(VCM)125的幅度/振幅大于或等于故障检测阀值电压(VTH)时(例如，当共模交流电压信号(VCM)125的电平/振幅/幅度越过故障检测阀值电压(VTH)时)，电平/振幅/幅度检测器140产生并输出其提供给循环计数器152的计数器使能信号145(例如，逻辑1)，该循环计数器152在故障确认单元150中实现。循环计数器152指示已经检测到ACF事件。
相反，当电平/振幅/幅度检测器140确定共模交流电压信号(VCM)125的幅度/振幅小于故障检测阀值电压(VTH)时，电平/振幅/幅度检测器140不产生其提供给循环计数器152的输出(或保持输出信号(例如逻辑零))，在这种情况下，不使能循环计数器152。
故障确认单元150联接到电平/振幅/幅度检测器140上。
只要当电平/振幅/幅度检测器140检测到ACF事件(例如信号145为高位)时，计数器使能信号145就使能循环计数器152。如果，并且仅当如果循环计数器152被使能，且在共模交流电压信号125中存在ACF电压尖峰时，循环计数器152使该循环计数器152中的寄存器(未显示)递增，同时由计数器使能信号145使能循环计数器152。
循环计数器152保持某计数，该计数指示所述共模交流电压信号125的幅度/振幅大于或等于故障检测阀值电压(VTH)时的连续周期的次数，同时循环计数器152被使能。当循环计数器152所保持的计数大于或等于连续循环(例如，3个连续周期)的特定或预定的阀值数或“计数”时，故障确认单元150就产生故障确认信号155，以指示已经确认了ACF(即，确认ACF电压尖峰的数量足以表征真实的ACF状态)。当该计数大于或等于特定的数值时，这表示期间接收到ACF型脉冲或“ACF电压尖峰”的连续周期的数量大于某些阀值数，并因此可以认为存在真实的交流故障(ACF)，因为这指示了共模交流电压信号125包括连续的ACF型脉冲串或ACF电压尖峰串，而非间歇的或随机的ACF型脉冲或ACF电压尖峰。
只要在连续的周期期间没有接收到计数器使能信号145(如从共模交流电压信号125中确定的使能信号)，循环计数器152就复位。当循环计数器152在达到连续循环的特定或预定次数或“计数”之前复位时，就可以认为ACF型脉冲是间歇的或错误的故障指示(例如，在不与实际ACF相关联而是归因于噪声的单个ACF型脉冲出现的情况下)。在这种情形下，故障确认单元150不输出故障确认信号155。
在这种实施方式中，可以确定引起ACF的模块的基本频率(fCM)。频率检测器160也联接至共模交流电压信号125。频率检测器160设计成以便确定共模交流电压信号125的频率(f)，并产生频率(f)标识信号165，其指示共模交流电压信号125的中心频率(fc)。
模块标识单元170联接到频率检测器160上。模块标识单元170设计成以便接受基本工作频率(fCM)标识信号165，并基于该基本工作频率(fCM)而确定作为交流故障(ACF)源的模块。例如，在一种实施方式中，模块标识单元170可通过在查询表中执行查询来确定作为交流故障(ACF)的源的模块，该查询表将各个模块与该模块的相应的工作频率关联起来。在确定哪个模块是交流故障(ACF)源之后，模块标识单元170可产生模块标识信号175，其对作为交流故障(ACF)源的模块进行标识。
故障指示单元180联接到故障确认单元150及模块标识单元170上。当故障指示单元180接收到故障确认信号155和模块标识信号175两者时，故障指示单元180产生信息185，该信息对正引起交流故障(ACF)的模块进行标识。在一种实施方式中，信息185包括故障指示信号185。该故障指示信号185可包括例如带有相应模块标识符(ID)的输出故障代码，该模块标识符标识正引起交流故障(ACF)的模块。在某些实施方式中，处理器92在处理故障指示信号185时，可产生某信号，该信号使引起交流故障(ACF)的模块运行停止(例如关闭)，或者使引起交流故障(ACF)的模块自高压直流总线40断开。
在一种实施方式中，处理器92在处理故障指示信号185时，可发送信号给显示器94，该信号致使显示器94以可视的方式显示模块标识符(ID)，该模块标识符标识正引起交流故障(ACF)的模块。
在另一实施方式中，处理器92在处理故障指示信号185时，可发送信号给包括扬声器96的音响单元，从而引起扬声器96提供听得见的指示，其指示交流故障(ACF)，并/或标识正引起交流故障(ACF)的模块。
图3A显示了根据本发明一种示例性实施方式的用于检测、确认和标识交流故障(ACF)的方法200。以下将参照一种实施方式来描述该方法200，在这种实施方式中，利用该方法200在蓄电池或燃料电池操作的HEV中检测ACF，确认ACF和/或标识引起ACF的模块，所述HEV包括例如图1A中所示的混合型/电动传动系统10；然而，该方法200可应用各种其它应用或实施方式，以检测ACF，确认ACF，和/或标识作为ACF源或起因的模块、装置或电路。
在步骤205中，对计数器205和/或其它校准参数进行初始化。在步骤210中，接收高压直流输入信号115，并且在步骤220中，从高压直流输入信号115中除去差动(直流)电压分量，以产生成比例的共模交流电压信号(VCM)125，其指示在高压直流总线40上所测得的共模交流电压的成比例的值。
在步骤230中，在各个特定的周期期间至少一次地确定共模交流电压信号(VCM)125的幅度，并且在步骤240中，确定共模交流电压信号(VCM)125的该幅度是否大于或等于故障检测阀值电压(VTH)。
当共模交流电压信号(VCM)125的幅度/振幅小于故障检测阀值电压(VTH)时，方法200继续至步骤242，在该步骤中，循环计数器152被复位，之后方法200返回至步骤210。当共模交流电压信号(VCM)125的幅度/振幅大于或等于故障检测阀值电压(VTH)时，方法200继续至步骤244，在该步骤中使循环计数器152(未显示)递增，该循环计数器对期间接收到该循环计数器152输入信号的连续的特定周期的数量进行计数。
然后，方法200继续至步骤246，在该步骤中确定循环计数器152所保持的计数是否大于或等于特定的阀值数(例如3)，该计数指示共模交流电压信号(VCM)125的幅度/振幅大于或等于故障检测阀值电压(VTH)的连续周期的数量。
当在步骤246中确定循环计数器152所保持的计数小于特定的阀值数(例如3)，则方法200返回至步骤210，以继续监测另外的ACF电压尖峰。特别地，如果在达到特定的计数之前，在步骤240中没有检测到另一尖峰，则计数器复位，因为期间接收到计数器输入信号的连续的特定周期的数量小于阀值数，因此可认为之前的ACF型脉冲是间歇的或错误的故障指示。
当在步骤246中确定循环计数器152所保持的计数大于或等于特定的阀值数(例如3)时，则方法200继续至步骤248，在该步骤中产生故障确认信号155。当期间接收到ACF型脉冲的连续的特定周期的数量大于特定的阀值数时，通过产生故障确认信号而确认ACF的检测。简而言之，当计数超过特定的阀值数(例如3)时，可以认为存在真实的交流故障(ACF)(这与错误的指示-例如在出现单个脉冲但其不与真实的ACF相关联的情况下的指示相反)。换句话说，如果期间接收到循环计数器152输入信号的连续的特定周期的数量大于或等于阀值数，则很可能存在真实的交流故障(ACF)，因为这指示出共模交流电压信号125包括连续的若干ACF型脉冲，而非间歇的或随机的ACF型脉冲。
步骤250，260和270是可选的(如虚线框所示)，并且可在执行模块标识时执行。当执行步骤250和260时，在步骤250中，确定共模交流电压信号125的频率(f)，并产生频率(f)标识信号165，其指示共模交流电压信号125的中心频率(fC)。然后在步骤260中，基于频率(f)标识信号165，方法200确定哪个模块是交流故障(ACF)源。例如，在一种实施方式中，通过利用共模交流电压信号125的中心频率(fc)在查询表中执行查询可确定作为交流故障(ACF)源的模块，该查询表将各个模块与该模块的相应的运行切换频率关联起来。
一旦已经确认了ACF(步骤248)，并且已经标识了作为ACF源或起因的模块(步骤260)，那么该方法可继续至步骤270，在该步骤中产生信息185，该信息对作为交流故障(ACF)源或起因的模块进行标识。在一种实施方式中，该信息185包括故障指示信号185，其可包括例如带有相应的模块标识符(ID)的输出故障代码，该模块标识符(ID)标识了正引起交流故障(ACF)的模块。
步骤280，290和295是可选的(如虚线框所示)。方法200可以可选地执行步骤280，290和295的其中一个或多个步骤，并且在这方面，各个步骤290和295都是可选的(如图3中所示，可结合步骤290，295中任一步骤来执行步骤280)。在其它实施方式中，可顺序地和/或彼此并行地执行步骤280，290和295的其中两个或多个步骤(例如，步骤280，然后步骤290；步骤280，然后步骤295；步骤280，步骤290，然后步骤295；步骤280，步骤290，然后步骤295；步骤290，然后步骤295，或反之亦然，等)。
当方法200继续至可选步骤280时，可停止引起ACF的模块的运行(例如，关闭或从高压直流总线40断开)。在可选的步骤290处，可以在用户接口上以可视的方式显示对正引起交流故障(ACF)的模块进行标识的模块标识符(ID)，其可从视觉上显示于用户接口上。在可选的步骤295处，可产生可闻的指示，其指示交流故障(ACF)状态和/或对正引起交流故障(ACF)的模块进行标识。
图4显示了根据本发明另一示例性实施方式的用于检测、确认和标识交流故障(ACF)的方法300。如上所述，该方法300可应用于各种应用或实施方式中，以检测ACF，确认ACF和/或标识作为ACF源的模块、装置或电路。
在步骤305中，对计数器和/或其它校准参数进行初始化。接收高压直流输入信号115，并在步骤320中，通过从高压直流输入信号115中除去差动(直流)电压分量而测量共模交流电压信号(VCM)125。这产生了成比例的共模交流电压信号(VCM)125，其与适用于由电子电路进行处理的电平成比例。
在步骤330中，确定共模交流电压信号(VCM)125的幅度/振幅，并且在步骤340中，确定共模交流电压信号(VCM)125的幅度是否大于或等于故障检测阀值电压(VTH)。
当共模交流电压信号(VCM)125的幅度/振幅小于故障检测阀值电压(VTH)时，循环计数器152复位，并且方法300返回至步骤320。
当共模交流电压信号(VCM)125的幅度/振幅大于或等于故障检测阀值电压(VTH)时，方法300继续至步骤350-376，在该步骤中执行模块标识。在步骤350中，确定共模交流电压信号(VCM)125的共模频率(fCM)。在步骤362，364，366中，执行一系列检查以标识作为ACF的来源或起因的模块。例如，步骤362中，确定共模交流电压信号(VCM)125的共模频率(fCM)与第一阀值频率(fTH1)之间的差的绝对值是否小于第一频率差(Δf1)。如果共模交流电压信号(VCM)125的共模频率(fCM)与第一阀值频率(fTH1)之间的差的绝对值小于该第一频率差(Δf1)，则方法300继续至步骤372，在该步骤中，第一模块(设置模块ID＝1)被标识为ACF的来源或起因。如果共模交流电压信号(VCM)125的共模频率(fCM)与第一阀值频率(fTH1)之间的差的绝对值大于或等于该第一频率差(Δf1)，则方法300继续至步骤364，在该步骤中，确定共模频率(fCM)与第二阀值频率(fTH2)之间的差的绝对值是否小于第二频率差(Δf2)。如果共模频率(fCM)与第二阀值频率(fTH2)之间的差的绝对值小于该第二频率差(Δf2)，则方法300继续至步骤374，在该步骤中将第二模块(设置模块ID＝2)标识为ACF的来源或起因。如果共模频率(fCM)与第二阀值频率(fTH2)之间的差的绝对值大于或等于该第二频率差(Δf2)，那么方法300继续至步骤366，在该步骤中确定共模频率(fCM)与第三阀值频率(fTH3)之间的差的绝对值是否小于第三频率差(Δf3)。
如果共模频率(fCM)与第三阀值频率(fTH3)之间的差的绝对值小于第三频率差(Δf3)，那么方法300继续至步骤376，在该步骤中将第三模块(设置模块ID＝3)标识为ACF的来源或起因。如果共模频率(fCM)与第三阀值频率(fTH3)之间的差的绝对值大于或等于第三频率差(Δf3)，那么方法300返回至步骤320。虽然图3显示执行三个检查步骤362，364，366(即，当只存在三个可能是ACF源的模块时)，但是应该懂得根据可能被标识的模块的数量可执行任意次检查。
在标识了正引起ACF的模块之后，方法300继续至步骤380，在该步骤中使故障计数器(Nfault)递增。该故障计数器(Nfault)对期间检测到ACF事件的连续的特定周期的数量进行计数。
然后方法300继续至步骤385，在该步骤中执行故障确认。在步骤385中，确定由故障计数器(Nfault)保持的计数是否大于或等于特定的阀值(NTH)数(例如3)，该计数指示检测到的连续的ACF事件的次数。当期间接收到ACF型脉冲的连续的特定周期的数量(Nfault)大于特定的阀值数(NTH)时，则确认了对ACF的检测。当计数(Nfault)超过特定的阀值(NTH)数(例如3)时，则存在真实的交流故障(ACF)，因为这意味着共模交流电压信号125包括连续的若干ACF型脉冲，而非间歇的或随机的ACF型脉冲。对ACF事件次数的计数降低了错误指示的可能性，例如在单个脉冲出现且该脉冲与真实的ACF不相关联的情况下的错误指示。
当在步骤385中确定故障计数器(Nfault)所保持的计数小于特定的阀值(NTH)数(例如3)时，方法300返回至步骤320，以便针对另外的ACF电压尖峰来继续监测共模交流电压信号(VCM)125。特别地，如果在达到特定的计数之前，在步骤340中没有检测另一尖峰，则计数器复位，因为期间接收到计数器输入信号的连续的特定周期的数量小于阀值(NTH)数(例如3)，并且因此可认为之前的ACF型脉冲是间歇的或错误的故障指示。
当在步骤385中确定故障计数器(Nfault)所保持的计数大于特定的阀值(NTH)数(例如3)时，那么就已经确认了ACF，并且已经标识了作为ACF来源或起因的模块。然后方法300可继续至步骤390。在步骤390中，可停止引起ACF的模块的运行(例如，可关闭模块或使其从高压直流总线40断开)，可产生模块标识符(ID)，其对正引起ACF的模块进行标识，并且在用户接口上以可视的方式显示，并可产生可闻的指示，其指示ACF状态和/或对正引起ACF的模块进行标识。
上面就功能和/或逻辑框图构件及各种处理步骤对某些实施例和实施方式进行了描述。然而，应该懂得这种逻辑框图构件可由任意数量的、配置成以便执行特定功能的硬件、软件和/或固件构件来实现。例如，某系统或构件的一个实施例可采用各种集成电路构件，例如，可在一个或多个微处理器或其它控制装置的控制下执行各种功能的存储器元件、数字信号处理元件、逻辑元件、查询表等。另外，本领域中的技术人员应该懂得，本申请所述的实施例仅仅是示例性的实施方式。
在本文中，关系用语例如第一和第二等等可仅仅用来将某一实体或功能与另一实体或功能区分开，而不必要求或暗示这些实体或功能之间的任何真实的这种关系或顺序。此外，根据上下文，用于描述不同元件之间的关系的词语例如″连接″或″联接到″，并不意味着在这些元件之间必须存在直接的物理连接。例如，两个元件可物理地、电子地、逻辑地或以任何其它方式而通过一个或多个额外元件彼此连接。
虽然前面的详细描述中已经提供了至少一个示例性实施例，但是应该懂得其存在大量的变型。还应该懂得，这一个或多个示例性实施例只是示例，而并不意图以任何方式限制本发明的范围、适用性或构造。相反，前面的详细描述将为本领域中的技术人员提供一种用于实现该一个或多个示例性实施例的便利的指南。应该懂得，在没有脱离所附的权利要求和其合法等效物所陈述的本发明的范围的情况下，可在元件的设计和功能上进行各种变化。

Claims (18)

1.一种检测交流故障的方法，包括：
接收高压直流输入信号；
通过从所述高压直流输入信号中除去差模电压分量而产生共模交流电压信号(VCM)；
测量所述共模交流电压信号(VCM)的幅度；
确定所测得的所述共模交流电压信号(VCM)的幅度是否大于或等于故障检测阀值电压(VTH)；且
当所测得的所述共模交流电压信号(VCM)的幅度大于或等于所述故障检测阀值电压(VTH)时，产生交流故障(ACF)检测信号，
其中，所述方法还包括：
接收所述交流故障检测信号和所述共模交流电压信号(VCM)；
保持某计数，所述计数指示所述共模交流电压信号(VCM)的幅度大于或等于所述故障检测阀值电压(VTH)的连续周期的数量；且
每当所述共模交流电压信号(VCM)中存在交流故障电压尖峰时，在循环计数器被所述交流故障检测信号使能的同时，使寄存器所保持的计数递增。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
当所述计数大于或等于特定的阀值数时，产生故障确认信号，以指示交流故障的检测已经被确认，
其中，当期间检测到交流故障电压尖峰的连续周期的数量大于或等于特定的阀值数时，所述计数大于或等于所述特定的阀值数，从而指示所述共模交流电压信号(VCM)包括连续的若干交流故障脉冲。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述交流故障检测信号是计数器使能信号，并且还包括：
接收所述计数器使能信号和所述共模交流电压信号；
保持某计数，其指示所述共模交流电压信号(VCM)的幅度大于或等于所述故障检测阀值电压(VTH)的连续周期的数量；
每当所述共模交流电压信号中存在交流故障电压尖峰时，在接收到所述计数器使能信号的同时，使所述计数递增；且
当所述计数大于或等于特定的阀值数时，产生故障确认信号以指示交流故障的检测已经被确认，其中，当期间检测到交流故障电压尖峰的连续周期的数量大于或等于特定的阀值数时，所述计数大于或等于所述特定的阀值数，从而指示所述共模交流电压信号(VCM)包括连续的若干交流故障脉冲。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述交流故障(ACF)是由联接到混合型/电动传动系统的总线上的模块引起的，其中，各个模块具有与之相关联的基本工作频率(fCM)，并且还包括：
确定所述共模交流电压信号的频率(f)；和
产生频率(f)标识信号，其指示所述共模交流电压信号中的基本工作频率(fCM)。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
接收所述频率(f)标识信号；
基于所述频率(f)标识信号中所指定的基本工作频率(fCM)来确定所述模块中作为交流故障源的一个模块；且
产生模块标识信号，其对所述模块中作为交流故障源的一个模块进行标识。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，基于所述频率(f)标识信号中所指定的基本工作频率(fCM)来确定所述模块中作为交流故障源的一个模块的步骤包括：
在查询表中执行查询，从而基于所述频率(f)标识信号中所指定的基本工作频率(fCM)来确定所述模块中作为交流故障源的一个模块，所述查询表将各个模块与该模块的相应的工作频率关联起来。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
基于所述故障确认信号和所述模块标识信号来产生故障指示信息，其对正引起交流故障的模块进行标识，其中，所述故障指示信息包括带有相应的模块标识符(ID)的输出故障代码，所述模块标识符(ID)对正引起交流故障的模块进行标识。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
产生使引起交流故障的模块的运行停止的信号。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
产生某信号，所述信号促成模块标识符(ID)的可视显示，所述模块标识符(ID)对正引起交流故障的模块进行标识。
10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
产生引起可闻指示的信号，所述可闻指示对正在引起交流故障的模块进行指示。
11.一种用于检测由联接到混合型/电动传动系统的总线上的模块所引起的交流故障(ACF)的方法，所述方法包括：
从所述总线中接收高压直流输入信号；
通过从所述高压直流输入信号中除去差模电压分量来产生共模交流电压信号(VCM)；
测量所述共模交流电压信号(VCM)的幅度；
确定所测得的所述共模交流电压信号(VCM)的幅度是否大于或等于故障检测阀值电压(VTH)；且
当所测得的所述共模交流电压信号(VCM)的幅度大于或等于所述故障检测阀值电压(VTH)时，产生交流故障(ACF)检测信号，
其中，所述方法还包括：
接收所述交流故障检测信号和所述共模交流电压信号(VCM)；
保持某计数，所述计数指示所述共模交流电压信号(VCM)的幅度大于或等于所述故障检测阀值电压(VTH)的连续周期的数量；且
每当所述共模交流电压信号(VCM)中存在交流故障电压尖峰时，在循环计数器被所述交流故障检测信号使能的同时，使寄存器所保持的计数递增。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述的测量所述共模交流电压信号(VCM)的幅度的步骤包括：
测量所述共模交流电压信号(VCM)的幅度；
其中，所述的确定所测得的所述共模交流电压信号(VCM)的幅度是否大于或等于故障检测阀值电压(VTH)的步骤包括：
确定所测得的所述共模交流电压信号(VCM)的幅度是否大于或等于故障检测阀值电压(VTH)，其中，在发生交流故障事件期间，所述共模交流电压信号(VCM)包括一个或多个交流故障电压尖峰；且
其中，当所测得的所述共模交流电压信号(VCM)的幅度大于或等于所述故障检测阀值电压(VTH)时，所述的产生交流故障(ACF)检测信号的步骤包括：
当所测得的所述共模交流电压信号(VCM)的幅度大于或等于所述故障检测阀值电压(VTH)时，产生交流故障(ACF)检测信号，以产生交流故障检测信号，其指示已经检测到交流故障事件。
13.一种用于检测并确认由联接到混合型/电动传动系统的总线上的模块所引起的交流故障(ACF)的方法，其中，各个模块具有与之相关联的基本工作频率(fCM)，所述方法包括：
从所述总线中接收高压直流输入信号；
通过从所述高压直流输入信号中除去差模电压分量而产生共模交流电压信号(VCM)；
测量所述共模交流电压信号(VCM)的幅度；
确定所测得的所述共模交流电压信号(VCM)的幅度是否大于或等于故障检测阀值电压(VTH)；且
当所测得的所述共模交流电压信号(VCM)的幅度大于或等于所述故障检测阀值电压(VTH)时，产生交流故障(ACF)检测信号；
接收所述交流故障检测信号和所述共模交流电压信号(VCM)；
保持某计数，所述计数指示所述共模交流电压信号(VCM)的幅度大于或等于所述故障检测阀值电压(VTH)的连续周期的数量；
每当所述共模交流电压信号(VCM)中存在交流故障电压尖峰时，在接收到所述交流故障检测信号的同时，使所述计数递增；且
当所述计数大于或等于特定的阀值数时，产生故障确认信号以指示所述交流故障的检测已经被确认，其中，当期间检测到交流故障电压尖峰的连续周期的数量大于或等于特定的阀值数时，所述计数大于或等于所述特定的阀值数，从而指示所述共模交流电压信号(VCM)包括连续的若干交流故障脉冲。
14.一种检测交流故障的方法，包括：
从直流输入信号中除去差模电压分量，以产生在大约零伏处偏置的共模交流电压信号(VCM)；
测量所述共模交流电压信号(VCM)的幅度；且
当所测得的所述共模交流电压信号(VCM)的幅度大于或等于阀值电压(VTH)时，产生交流故障(ACF)检测信号，
其中所述方法还包括：
保持某计数，所述计数指示所述共模交流电压信号(VCM)的幅度大于或等于所述阀值电压(VTH)的连续周期的数量；且
每当所述共模交流电压信号(VCM)中存在交流故障电压尖峰时，在循环计数器被所述交流故障检测信号使能的同时，使所述计数进行递增。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
当所述计数大于或等于特定的阀值数时，产生故障确认信号，以指示交流故障的检测已经被确认，
其中，当期间检测到交流故障电压尖峰的连续周期的数量大于或等于特定的阀值数时，所述计数大于或等于该特定的阀值数，从而指示所述共模交流电压信号(VCM)包括连续的若干交流故障脉冲。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述交流故障(ACF)是由联接到混合型/电动传动系统的总线上的模块引起的，其中，各个模块具有与之相关联的基本工作频率(fCM)，并且还包括：
确定所述共模交流电压信号的频率(f)；
产生频率(f)标识信号，其指示所述共模交流电压信号中的基本工作频率(fCM)；
基于所述频率(f)标识信号中所指定的基本工作频率(fCM)来确定所述模块中作为交流故障的来源的一个模块；且
产生模块标识信号，其对所述模块中作为交流故障的来源的一个模块进行标识。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
基于所述故障确认信号和所述模块标识信号来标识正在引起交流故障的模块。
18.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
停止引起交流故障的所述模块的运行。
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